現(xiàn)國(guó)內(nèi)外主要的溫度測(cè)量設(shè)備為熱電阻或者熱電偶進(jìn)行有線(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量，通過(guò)三線(xiàn)制或者二線(xiàn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻CS的RTD卡或者通過(guò)溫度變送器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)。而對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備溫度的測(cè)量基本有兩種方式：①利用雙金屬溫度計(jì)就地測(cè)量；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，用4-20mA一體化變送器配套滑環(huán)(或者電氣旋轉(zhuǎn)接頭)連接信號(hào)線(xiàn)接入DCS或PLC系統(tǒng)集中顯示。
1、解決煅燒爐的溫度監(jiān)測(cè)問(wèn)題
三友集團(tuán)純堿公司重灰工序煅燒爐在生產(chǎn)中長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)工作，爐體返堿溫度測(cè)量布線(xiàn)困難，無(wú)法將返堿溫度實(shí)時(shí)傳送至DCS控制系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)安裝的雙金屬溫度計(jì)只能在停爐時(shí)觀測(cè)返堿溫度。為了生產(chǎn)管理的快捷、減少生產(chǎn)參數(shù)的計(jì)算帶來(lái)不便，如何對(duì)旋轉(zhuǎn)爐溫度進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的測(cè)量，成為亟需解決的問(wèn)題。
近年來(lái)由于產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，因此針對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的溫度監(jiān)控的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，就可以完成對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，從而解決了此類(lèi)設(shè)備的溫度測(cè)量問(wèn)題。
如果能夠構(gòu)建WirelessHART流程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煅燒爐返堿溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的信號(hào)傳輸，實(shí)時(shí)傳輸至DCS操作畫(huà)面以及生產(chǎn)管理網(wǎng)，不僅對(duì)工藝數(shù)據(jù)采集更加及時(shí)準(zhǔn)確，還能夠節(jié)省材料、人工等費(fèi)用，為生產(chǎn)工藝節(jié)省生產(chǎn)空間，減少土地空間使用率，也代表著純堿工業(yè)由自動(dòng)化向智能化的邁出了一大步。
純堿公司1～2#重灰煅燒爐返堿溫度目前的測(cè)溫元件為雙金屬溫度計(jì)，改型為熱電阻，并采用有無(wú)線(xiàn)傳輸功能的溫度變送器以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建成WirelessHART流程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，將測(cè)量數(shù)據(jù)利用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)Modbus協(xié)議將接收到的信號(hào)傳輸至DCS系統(tǒng)，在DCS操作換面上顯示重灰爐返堿溫度測(cè)量值，并將其并入生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)。
2、WirelessHART流程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的組建
2.1 工作原理
無(wú)線(xiàn)傳輸代替有線(xiàn)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)煅燒爐返堿溫度的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效的監(jiān)測(cè)。利用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)構(gòu)建測(cè)溫流程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫元件與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的連接，并實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)需要具有完善的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)功能，能夠阻止未授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)。
采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)以及具有WirelessHART功能的溫度變送器，構(gòu)建成一個(gè)WirelessHART網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中溫度變送器作為與適配器相連的具有HART功能的設(shè)備，對(duì)1～2#重灰煅燒爐8個(gè)返堿溫度點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)通過(guò)701BPKKF鋰電池進(jìn)行供電，溫度變送器將測(cè)量到的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)，通訊方式上使用無(wú)線(xiàn)傳輸，通過(guò)變送器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊將數(shù)字信號(hào)發(fā)送出。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)由3部分組成，與各變送器連接的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)；配置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度設(shè)備之間的通信及檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)管理器，還控制網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的連接和管理各變送器的信息安全；與WirelessHART網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)連接的網(wǎng)關(guān)接口。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場(chǎng)8臺(tái)WirelessHART變送器設(shè)備進(jìn)行WLAN連接，并將HART數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Modbus TCP格式，將信號(hào)傳輸?shù)紻CS的Modbus通訊模塊，集成到管理系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)的編程和診斷可以通過(guò)嵌入式Wed服務(wù)器進(jìn)行。WirelessHART數(shù)據(jù)采用128位AES標(biāo)準(zhǔn)加密，WLAN數(shù)據(jù)采用WEP和WPA進(jìn)行加密。
2.2 智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)以及Rosemount 648無(wú)線(xiàn)溫度變送器應(yīng)用
采用1420型智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)以及Rosemount 648無(wú)線(xiàn)溫度變送器，在現(xiàn)場(chǎng)安裝中，應(yīng)先安裝網(wǎng)關(guān)并與電腦進(jìn)行通信連接，網(wǎng)關(guān)IP 地址設(shè)置為 192.168.1.10。每煅燒爐需要安裝4臺(tái)Rosemount 648變送器，對(duì)同一切面不同位置進(jìn)行返堿溫度測(cè)量，需要將測(cè)量點(diǎn)1、2、3、4對(duì)應(yīng)不同IP地址，再將不同變送器IP設(shè)置為192.168.1.1～254的網(wǎng)段中，從距網(wǎng)關(guān)最近的無(wú)線(xiàn)設(shè)備開(kāi)始對(duì)無(wú)線(xiàn)設(shè)備通電，可使網(wǎng)絡(luò)安裝快速啟動(dòng)，當(dāng)8臺(tái)變送器全部啟動(dòng)后，每臺(tái)無(wú)線(xiàn)設(shè)備之間構(gòu)成網(wǎng)橋，以達(dá)到通信連接正常。
圖1 Rosemount 648溫度變送器傳輸示意圖
2.3 WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建
在構(gòu)建WirelessHART網(wǎng)絡(luò)時(shí)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在有效范圍內(nèi)應(yīng)該最少有3個(gè)相鄰設(shè)備，因?yàn)樾D(zhuǎn)設(shè)備隨時(shí)都會(huì)發(fā)生位置變化，萬(wàn)一對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸路徑形成障礙，可以確保至少有2臺(tái)能夠連接，已達(dá)到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑通暢，確保路徑的冗余性和多樣性。變送器天線(xiàn)應(yīng)豎直布置，可以豎直向上或豎直向下，并且距任何大型結(jié)構(gòu)、建筑或?qū)щ姳砻婕s1m遠(yuǎn)，以便與其它變送器構(gòu)成的網(wǎng)橋連接順暢通訊。在發(fā)生故障時(shí)，變送器具備進(jìn)行自診斷與自修復(fù)的功能，并且提供電源的電池具備較長(zhǎng)的持續(xù)供電能力，電池更換方便快捷。
3、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
①無(wú)線(xiàn)采集終端，減少鋪設(shè)管線(xiàn)的麻煩，使用更為方便、安全；
②減少巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)間，提高工作效率；
③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)追蹤，對(duì)設(shè)備前后狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析；
④多功能報(bào)警策略，絕對(duì)值報(bào)警、相對(duì)值報(bào)警、設(shè)備級(jí)報(bào)警、部件級(jí)報(bào)警；
⑤集中對(duì)比監(jiān)測(cè)分析模式；
⑥大數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，可根據(jù)設(shè)備參數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行狀態(tài)預(yù)判；
⑦圖形輸出，軟件圖譜支持圖形輸出功能，可在Word、Excel、Powerpoint等文檔使用。
4、實(shí)現(xiàn)結(jié)果
純堿1～2#重灰煅燒爐安裝使用Rosemount 648無(wú)線(xiàn)變送器進(jìn)行返堿溫度測(cè)量后，可將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至DCS操作畫(huà)面中，并且并入生產(chǎn)網(wǎng)中，對(duì)煅燒爐返堿溫度的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。既減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了生產(chǎn)空間，減少電纜、橋架、穿線(xiàn)管等材料的使用。在提高生產(chǎn)測(cè)量的精準(zhǔn)度，為工藝指標(biāo)控制提供依據(jù)的同時(shí)，節(jié)約人工費(fèi)、維修費(fèi)及材料費(fèi)約1.15萬(wàn)元/年。
5、總結(jié)
這一項(xiàng)目的順利實(shí)施，取決于現(xiàn)在科技的飛速發(fā)展的結(jié)果。WirelessHART技術(shù)將補(bǔ)充而不是取代有線(xiàn)儀表，工業(yè)生產(chǎn)中兩者將平行存在、平行工作，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了將現(xiàn)場(chǎng)儀表連接至自動(dòng)控制系統(tǒng)的方法，使用開(kāi)放的WirelessHART協(xié)議，可以極大地提升儀表性能，大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)力和效率，在以后的項(xiàng)目研究上，WirelessHART技術(shù)會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，我們要勇于探索，敢于創(chuàng)新，通過(guò)新科技、新手段讓加速智能化、智慧化工業(yè)的到來(lái)。
作者： 趙堅(jiān)(唐山三友化工股份有限公司純堿分公司)
